滑冰是一種非常高雅的運動，相信大家一定都有所了解。我們都知道滑冰需要穿上滑冰鞋，而滑冰鞋的底部都會裝上尖利的冰刀，那么為什么滑冰鞋上要裝冰刀？其實滑冰鞋這樣的設計是有著一定科學原理和根據的，下面就和小編一起來了解一下其中的原因吧。

　　為什么滑冰鞋上要裝冰刀？

　　我們行走靠的是鞋與地面間的摩擦力，沒有摩擦力就寸步難行。而對于滑冰來說，摩擦力越小就滑得越順暢。冰刀既能夠在啟動和加速階段快速獲得前進動力，又可以降低滑行時的摩擦力，并保持穩定。

　　不過，冰和冰刀都是固體，它們之間摩擦力為什么很小呢？如果在固體與固體之間鋪上一層流體，會大大降低摩擦，潤滑油的工作原理即基于此。科學家對冰刀和冰面的接觸面進行研究，發現摩擦力很小的原因是，在冰刀與冰面之間存在一層水膜，它起到了潤滑的作用。

　　最初，人們認為冰刀與冰面之間的水來源于固液相變：冰在高壓下變成了水。但后來人們知道，當溫度低于-22℃時，無論多么大的壓力都不會使冰融化，只會從一種相態的冰變為另一種相態的冰，而不會變為水。可實際情況是，即使在-30℃的低溫下人們仍可以自由自在地滑冰，這又是為什么呢？

　　后來人們認識到，即使在熔點之下，自然狀態下的冰表面也存在一層液狀膜，這種現象稱為表面融化。離熔點越近，這種液狀膜越厚。在-35～0℃之間，液狀膜厚度約10納米。當然雜質的存在也會影響液狀膜的厚度。比如，鹽的存在會使液狀膜變厚。

　　那為什么會存在這層液狀膜呢？2004年，兩位日本科學家用分子動力學模擬對此進行了解釋。冰內部水分子的各個方向都受到相鄰分子力的作用，所以形成了穩定的晶格。而位于表面的水分子由于一側暴露，受力不穩定，不易形成規則的晶格，而是趨于無定形的形態，即液狀膜。從分子熱運動角度講，水分子在其平衡位置附近振動，由于冰表面分子受力不穩定，其振動幅度要比內部分子的振動幅度大，這種振動幅度的差別在靠近熔點時越來越大，所以越接近熔點液狀膜越厚，性質越接近純液態水。

　　根據目前的研究結果，水膜的形成原因有三種：高壓融化、摩擦加熱、冰表面存在液狀膜。不同溫度下，這三種機制對膜形成的貢獻會有所不同。當溫度很接近冰的熔點時（比如大于-3.5℃），高壓融化的貢獻是最大的；當溫度離熔點很遠時（比如-30℃），摩擦加熱的貢獻是最大的；當溫度離熔點較遠且靜止不動時，液狀膜的貢獻是最大的。正是因為冰刀與冰面間存在這層水膜，才讓人們在極低的溫度下也可以順暢地滑冰。